(57)【要約】  本発明の回折格子レンズは、レンズ基体１２と、レンズ基体１２の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の回折段差と回折段差にそれぞれ挟まれた複数の回折格子１３とを備えた回折格子レンズ１１であって、レンズ基体１２は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、回折格子１３は空気と接し、回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として、以下の式の関係を満たしている。複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および中央部を挟む一対の端部とを含み、複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部１８および凸部１９の一方が設けられ、一対の端部の他方の少なくとも一部に凹部１８および凸部１９の他方が設けられており、回折格子１３の２種類の回折段差１７Ａ、１７Ｂのうち、一方がベース形状からの設計波長λ0での位相差が２ｎｍπ以外の位置に設けられている。    【数１５】2012023274.tif 000017
2012023274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記回折格子は空気と接し、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として、
【数１０】
2012023274.tif 000012
の関係を満たしており、
前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記複数の回折段差は、前記回折格子の外周端を除く位置において、複数の第１の回折段差および前記複数の第１の回折段差の少なくとも１つに隣接する少なくとも１つの第２の回折段差を含み、
前記複数の第１の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記回折格子の光軸方向に平行移動させた第１の面上に位置しており、前記少なくとも１つの第２の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記光軸方向に平行移動させた第２の面上に位置しており、
前記第１の面および前記第２の面は前記光軸上において、互いに異なる位置にある回折格子レンズ。
【請求項２】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子と、
前記回折格子を覆って前記レンズ基体に設けられた光学調整層と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記光学調整層は、前記使用波長λにおいて、屈折率ｎ2（λ）を有する第２の材料からなり、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として
【数１１】
2012023274.tif 000013
の関係を満たしており、
前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方一方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記複数の回折段差は、前記回折格子の外周端を除く位置において、複数の第１の回折段差および前記複数の第１の回折段差の少なくとも１つに隣接する少なくとも１つの第２の回折段差を含み、
前記複数の第１の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記回折格子の光軸方向に平行移動させた第１の面上に位置しており、前記少なくとも１つの第２の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記光軸方向に平行移動させた第２の面上に位置しており、
前記第１の面および前記第２の面は前記光軸上において、互いに異なる位置にある回折格子レンズ。
【請求項３】
前記複数の回折段差は、複数の第２の回折段差を含み、
各第１の回折段差および各第２の回折段差は交互に配置されている請求項１または２に記載の回折格子レンズ。
【請求項４】
前記第１の面と前記第２の面と前記光軸上における間隔Ｌは、下記式を満たす請求項１から３のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【数１２】
2012023274.tif 000014
【請求項５】
前記第１の面と前記第２の面と前記光軸上における間隔Ｌは、下記式を満たす請求項４に記載の回折格子レンズ。
【数１３】
2012023274.tif 000015
【請求項６】
前記第１の面と前記第２の面と前記光軸上における間隔Ｌは、Ｌ＝０．５ｄを満たす請求項５に記載の回折格子レンズ。
【請求項７】
前記複数の回折段差は、複数の第２の回折段差を含み、
前記複数の第１の回折段差および前記複数の第２の回折段差は、それぞれ、ｉ個（ｉは２以上の整数）およびｊ個（ｊは２以上の整数）ずつ連続的に配置され、かつ、ｉ個の前記第１の回折段差およびｊ個の前記第２の回折段差が交互に配置されている請求項１または２に記載の回折格子レンズ。
【請求項８】
前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、前記少なくとも１つの輪帯の略全周にわたって設けられている請求項１から７のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項９】
前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅は、前記少なくとも１つの輪帯の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅の５％以上２５％以下の範囲にある請求項１から８のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１０】
前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸方向における高さは、記回折段差の設計段差長ｄの３％以上２０％以下の範囲にある請求項１から９のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１１】
前記複数輪帯において、前記凸部および前記凹部が設けられている請求項１から１０のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１２】
前記複数輪帯のうち、前記回折格子の外周近傍の少なくとも２つ以上において、前記凸部および前記凹部が設けられている請求項１から１１のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１３】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記回折格子は空気と接し、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として、
【数１４】
2012023274.tif 000016
の関係を満たしており、
前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記複数の輪帯は、互いに隣接する第１、第２および第３の輪帯を含み、前記第２の輪帯は前記第１および第３の輪帯に挟まれており、前記第１の輪帯および第３の輪帯の幅は略同一であり、前記第２の輪帯の幅は前記第１の輪帯の幅よりも狭い回折格子レンズ。
【請求項１４】
前記使用波長λは可視光域の波長であり、可視光域の全域の波長に対してλが不等式を満足する請求項１から１３のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の回折格子レンズと、
撮像素子と
を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折現象を利用して光の集光または発散を行う回折格子レンズ（回折光学素子）およびそれを用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズの表面に回折格子が設けられた回折格子レンズは、像面湾曲や色収差（波長による結像点のずれ）等のレンズ収差補正に優れている。これは、回折格子が逆分散性および異常分散性という特異な性質をもち、大きな色収差補正能力を備えているためである。回折格子を撮像用光学系に用いた場合、非球面レンズのみの撮像用光学系に比べ、同一性能をより少ないレンズ枚数で実現することができる。したがって、製造コストを低減させることができるとともに、光学長を短くすることができ、低背化を実現できるという利点がある。【０００３】
図１８（ａ）から（ｃ）を参照しながら、従来の回折格子レンズの形状を設計する方法を説明する。回折格子レンズは、主に位相関数法または高屈折率法によって設計される。ここでは、位相関数法を用いた設計方法を説明する。高屈折率法によって設計する場合も、最終的に得られる結果は同じである。【０００４】
回折格子レンズの形状は、回折格子が設けられるレンズ基体のベース形状、つまり、屈折レンズとしての形状と、回折格子の形状とを組み合わせることによって構成される。図１８（ａ）は、レンズ基体のベース形状Ｓｂが非球面である場合の一例を示しており、図１８（ｂ）は、回折格子の形状Ｓｐ１の一例を示している。図１８（ｂ）に示す回折格子の形状Ｓｐ１は、位相関数により決定される。位相関数は、下記式（１）で示される。
【数１】
2012023274.tif 000003
ここで、φ（ｒ）は図１８（ｂ）において形状Ｓｐで示される位相関数であり、Ψ（ｒ）は光路差関数（ｚ＝Ψ（ｒ））である。ｒは光軸からの半径方向の距離、λ0は設計波長であり、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、・・・、ａｉは係数である。【０００５】
１次の回折光を利用した回折格子の場合、図１８（ｂ）に示すように、輪帯は位相関数φ（ｒ）において基準点（中心）からの位相が２πになるごとに配置する。この２πごとに分断された位相関数の曲線による回折格子の形状Ｓｐ１を図１８（ａ）のベース形状Ｓｂに足し合わせることによって、図１８（ｃ）に示す回折格子面の形状Ｓｂｐが決定される。【０００６】
図１８（ｃ）に示す回折格子面の形状Ｓｂｐが実際のレンズ基体に設けられる場合、輪帯の段差高さ１４１が下記式（２）を満たせば回折効果が得られる。
【数２】
2012023274.tif 000004
ここで、ｍは設計次式（１次の回折光の場合はｍ＝１）であり、λは使用波長であり、ｄは回折格子の段差高さであり、ｎ1（λ）は使用波長λにおけるレンズ基体を構成するレンズ材料の屈折率である。レンズ材料の屈折率は波長依存性があり、波長の関数である。【０００７】
式（２）を満たすような回折格子であれば、輪帯の根元と先端とで、位相関数上において位相差が２πとなり、使用波長λの光に対して、光路差が波長の整数倍となる。このため、使用波長の光に対する１次回折光の回折効率（以下、「１次回折効率」という。）を、ほぼ１００％にすることができる。使用波長λが変化すれば、式（２）に従って、回折効率が１００％となるｄの値も変化する。逆に、ｄの値が固定されれば、式（２）を満たす使用波長λ以外の波長では回折効率が１００％とならない。【０００８】
回折格子レンズを一般的な撮像用途に用いる場合、広い波長帯域（例えば、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の可視光域等）の光を回折する必要がある。その結果、図１９に示すように、レンズ基体１５１に回折格子１５２が設けられた回折格子レンズに可視光線が入射する場合、使用波長λとして決定した波長の光による１次回折光１５５以外に不要な次数の回折光１５６（以下、「不要次数回折光」とも言う。）が発生する。例えば、段差高さｄを決定する波長を緑色光の波長（例えば５４０ｎｍ）とした場合、緑色光の波長における１次回折効率は１００％となり、緑色光の波長の不要次数回折光１５６は発生しないが、赤色光の波長（例えば６４０ｎｍ）や青色光の波長（例えば４４０ｎｍ）では１次回折効率が１００％とはならず、赤色の０次回折光や青色の２次回折光が発生する。これら赤色の０次回折光や青色の２次回折光が不要次数回折光１５６であり、フレアやゴーストとなって像面上に広がって画像を劣化させたり、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：変調伝達関数）特性を低下させたりする。図１９では、不要次数回折光１５６として２次回折光のみを示している。【０００９】
特許文献１は、図２０に示すように、回折格子１５２が形成されたレンズ基体１５１の表面上に、レンズ基体１５１とは異なる屈折率および屈折率分散（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を有する光学材料からなる光学調整層１６１を設けることを開示している。特許文献１は、回折格子１５２が形成されたレンズ基体１５１の屈折率と、回折格子１５２を覆うように形成された光学調整層１６１の屈折率とを特定の条件に設定することにより、回折効率の波長依存性を低減し、不要次数回折光によるフレアを抑制することができると開示している。【００１０】
特許文献２は、輪帯の壁面における反射光が輪帯表面を透過することを防ぐために、輪帯表面の段差根元の近辺に光吸収部を設けることを開示している。特許文献２によれば、この構造により、壁面反射フレア光が光学面を透過しないようにできる。【００１１】
特許文献３は、回折格子の輪帯頂点付近に凸部を設け、輪帯表面から出射される球面波状の光の波面を平面波状に成形し、回折効率を向上させる方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０９―１２７３２１号公報
【特許文献２】特開２００６―１６２８２２号公報
【特許文献３】特開２００３―３１５５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１から３に開示されているような、従来技術において課題となっているフレア光は、１次回折効率の波長依存性に伴う不要次数回折光や輪帯の壁面における反射光によって生じる。【００１４】
これに対し、本願発明者は、回折格子レンズの回折格子の輪帯ピッチを小さくしていく、あるいは非常に光強度が高い被写体を撮影すると、上述した不要次数回折光とは異なる縞状フレア光が発生することを見出した。このような縞状フレア光が回折格子レンズにおいて発生することは知られていない。また、本願発明者によれば、特定の条件下では、縞状フレア光が、撮影された画像の品質を大きく低下させる可能性があることが分かった。【００１５】
本発明は、このような課題の少なくとも１つを解決し、縞状フレアの発生または、縞状フレアの発生による画像品質の劣化を抑制することのできる回折格子レンズおよびそれを用いた撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の回折格子レンズは、レンズ基体と、前記レンズ基体の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子とを備えた回折格子レンズであって、前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、前記回折格子は空気と接し、前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として、
【数３】
2012023274.tif 000005
の関係を満たしており、前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、前記複数の回折段差は、前記回折格子の外周端を除く位置において、複数の第１の回折段差および前記複数の第１の回折段差の少なくとも１つに隣接する少なくとも１つの第２の回折段差を含み、前記複数の第１の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記回折格子の光軸方向に平行移動させた第１の面上に位置しており、前記少なくとも１つの第２の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記光軸方向に平行移動させた第２の面上に位置しており、前記第１の面および前記第２の面は前記光軸上において、互いに異なる位置にある。【００１７】
本発明の他の回折格子レンズは、レンズ基体と、前記レンズ基体の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の同心円状の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子と、前記回折格子を覆って前記レンズ基体に設けられた光学調整層とを備えた回折格子レンズであって、前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、前記光学調整層は、前記使用波長λにおいて、屈折率ｎ2（λ）を有する第２の材料からなり、前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として、
【数４】
2012023274.tif 000006
の関係を満たしており、前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、前記複数の回折段差は、前記回折格子の外周端を除く位置において、複数の第１の回折段差および前記複数の第１の回折段差の少なくとも１つに隣接する少なくとも１つの第２の回折段差を含み、前記複数の第１の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記回折格子の光軸方向に平行移動させた第１の面上に位置しており、前記少なくとも１つの第２の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記光軸方向に平行移動させた第２の面上に位置しており、前記第１の面および前記第２の面は前記光軸上において、互いに異なる位置にある。【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記複数の回折段差は、複数の第２の回折段差を含み、各第１の回折段差および各第２の回折段差は交互に配置されている。【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記第１の面と前記第２の面と前記光軸上における間隔Ｌは、下記式を満たす。
【数５】
2012023274.tif 000007
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記第１の面と前記第２の面と前記光軸上における間隔Ｌは、下記式を満たす。
【数６】
2012023274.tif 000008
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記第１の面と前記第２の面と前記光軸上における間隔Ｌは、Ｌ＝０．５ｄを満たす。【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記複数の回折段差は、複数の第２の回折段差を含み、前記複数の第１の回折段差および前記複数の第２の回折段差は、それぞれ、ｉ個（ｉは２以上の整数）およびｊ個（ｊは２以上の整数）ずつ連続的に配置され、かつ、ｉ個の前記第１の回折段差およびｊ個の前記第２の回折段差が交互に配置されている。【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、前記少なくとも１つの輪帯の略全周にわたって設けられている。【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅は、前記少なくとも１つの輪帯の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅の５％以上２５％以下の範囲にある。【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸方向における高さは、記回折段差の設計段差長ｄの３％以上２０％以下の範囲にある。【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記複数輪帯において、前記凸部および前記凹部が設けられている。【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記複数輪帯のうち、前記回折格子の外周近傍の少なくとも２つ以上において、前記凸部および前記凹部が設けられている。【００２８】
本発明の回折格子レンズは、レンズ基体と、前記レンズ基体の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の同心円状の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子とを備えた回折格子レンズであって、前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、前記回折格子は空気と接し、前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として、
【数７】
2012023274.tif 000009
の関係を満たしており、前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、前記複数の輪帯は、互いに隣接する第１、第２および第３の輪帯を含み、前記第２の輪帯は前記第１および第３の輪帯に挟まれており、前記第１の輪帯および第２の輪帯の幅は略同一であり、前記第２の輪帯の幅は前記第１の輪帯の幅よりも狭い。【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記使用波長λは可視光域の波長であり、可視光域の全域の波長に対してλが不等式を満足する。【００３０】
本発明の撮像装置は、上記いずれかに記載の回折格子レンズと、撮像素子とを備える。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、複数の第１の回折段差の設計段差長における先端は、ベース形状を回折格子の光軸方向に平行移動させた第１の面上に位置しており、少なくとも１つの第２の回折段差の設計段差長における先端は、ベース形状を前記光軸方向に平行移動させた第２の面上に位置しており、第１の面および前記第２の面は前記光軸上において、互いに異なる位置ある。これにより、輪帯幅が異なる２種類の輪帯が回折格子に含まれるようになり、輪帯幅が異なる２種類の輪帯によって生じる縞状フレアが互いに干渉し合い、縞状フレアの発生が抑制される。【００３２】
また、輪帯の内側周縁に凹部および凸部のいずれか一方が設けられ、外側周縁に他方が設けられているため、縞状フレアの発生位置をシフトさせることができる。これにより、撮影画像上において、縞状フレアの一部を光源の像と重ね合わせることができ、あるいは、撮像面上において、縞状フレアの一部の集光位置を外方向へシフトさせることができる。このため、光源周辺に発生する縞状フレアの積算光量を低減し、得られる撮影画像の縞状フレアによる影響を抑制することができる。【００３３】
したがって、本発明によれば、これら２つの構造により、縞状フレアの発生が抑制され、得られる撮影画像の縞状フレアによる影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】本発明による回折格子レンズの第１の実施形態を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す回折格子レンズの回折格子近傍を拡大した断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示す回折格子レンズの回折格子近傍をさらに拡大した断面図である。
【図２】（ａ）から（ｄ）は、本発明による回折格子レンズの回折格子面形状の導出方法を示す図であって、（ａ）はベース形状を示す図であり、（ｂ）は位相差関数を示す図であり、（ｃ）は回折格子の表面形状を示す図であり、（ｄ）は、凹部および凸部を形成した後の回折格子の表面形状を示す図である。
【図３】図１に示す回折格子レンズにおいて縞状フレアが抑制される理由を説明するための図である。
【図４】図２（ｃ）に示す回折格子とは異なる位置に回折段差を設けた回折格子の表面形状を示す図である。
【図５】（ａ）から（ｃ）は、第１の実施形態における輪帯の位置を示す模式図である。
【図６】第１の実施形態における、輪帯透過後の波面の状態を示す図である。
【図７】第１の実施形態において、輪帯を通過した光線束が集光される撮像素子１５４上にて発生する縞状フレアの形状を表す図である。
【図８】第１の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図９】図８に示す回折格子における、輪帯透過後の波面の状態を示す図である。
【図１０】（ａ）から（ｆ）は、第１の実施形態における回折格子の断面形状の他の例を示している
【図１１】（ａ）は、本発明による回折格子レンズの第２の実施形態を示す断面図であり、（ｂ）はその変形例を示す断面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、本発明による光学素子の実施形態を示す断面図および平面図であり、（ｃ）および（ｄ）は、本発明による光学素子の他の形態を示す断面図および平面図である。
【図１３】本発明による撮像装置の実施形態を示す模式的な断面図である。
【図１４】実施例１の回折段差の位置を示す模式図である。
【図１５】実施例１の回折格子レンズの１つの輪帯を上から見た図とその輪帯の高さプロファイルを示す図である。
【図１６】実施例２の回折段差の位置を示す模式図である。
【図１７】比較例１の回折格子レンズの１つの輪帯を上から見た図とそのブレーズの高さプロファイルを示す図である。
【図１８】（ａ）から（ｃ）は、従来の回折格子レンズの回折格子面形状の導出方法を示す図である。
【図１９】従来の回折格子レンズにおいて、不要回折光が発生する様子を表す図である。
【図２０】レンズ基体に光学調整層が設けられた従来の回折格子レンズを示す断面図である。
【図２１】光軸方向から見た回折格子の輪帯を示す図である。
【図２２】輪帯を透過した光の波面の状態を示す図である。
【図２３】輪帯を通過した光線束が集光される撮像素子上に縞状フレアが発生する様子を表す模式図である。
【図２４】（ａ）および（ｂ）は、従来の回折格子レンズを備えた撮像装置を用いて撮影された画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
まず、本願発明者が明らかにした回折格子レンズによって生じる縞状フレア光について説明する。
【００３６】
図２１は、回折格子レンズを光軸方向から見た平面図である。図２２は、回折格子の断面および回折格子を透過した光の波面の位相状態を模式的に示している。図２１に示すように、回折格子１５２は、同心円状に配置された複数の輪帯を含んでいる。図２１および図２２に示すように、複数の輪帯のうち、１つの輪帯１９１に着目すると、隣接する輪帯とは、輪帯間に設けられる回折段差によって分断されているため、輪帯１９１を透過する光は、回折段差の位置で分断される。このため、回折格子の各輪帯を透過する光は、輪帯のピッチΛのスリットを通過する光と見なすことができる。
【００３７】
輪帯のピッチΛが小さくなると、回折格子レンズを透過する光は、同心円状に配置された非常に狭いスリットを通過する光と見なすことができる。この結果、図２２に示すように、回折段差近傍で、光の波面の回り込み２０１が見られるようになる。この波面の回り込み２０１が、縞状フレア１７１を発生させる要因である。
【００３８】
図２３は、回折格子１５２が設けられた回折格子レンズへ、光軸１５３に対して斜めから光が入射し、出射光が回折格子１５２によって回折する様子を模式的に示している。一般に、非常に狭く遮光されたスリットを通過する際に回り込んだ光は、無限遠の観測点において中央の集光点の周辺に回折縞を形成する。これをフラウンホーファー回折と呼ぶ。この回折現象は、正の焦点距離を有するレンズ系においては有限距離（焦点面）でも発生する。回折格子には通常輪帯が複数含まれるため、各々の輪帯１９１がフラウンホーファー回折による回折縞を形成する。
【００３９】
本願発明者は、輪帯１９１のピッチΛが小さくなると、各輪帯１９１を透過した光が互いに干渉し、図２３に示すような扇型の縞状フレア１７１を発生させることを実レンズによる画像評価で確認した。また、この縞状フレア１７１は、従来より知られている不要次数回折光を発生させる入射光よりもさらに多量の光が撮像用光学系に入射したときに顕著に現れること、また、不要次数回折光は特定の波長に対しては発生しないが、縞状フレア１７１は設計波長を含め使用波長帯域全域で発生することが分かった。
【００４０】
縞状フレアは、画像上で、不要次数回折光よりも大きく広がって画質を劣化させる。特に、夜間にライトなどの明るい被写体を写し出す場合などコントラスト比が大きい過激な環境下では、縞状フレア１７１は特に目立ち、問題となる。また、縞状フレア１７１は縞状に明暗がはっきりとして発生するため、不要次数回折光１５６（図１９）よりも目立ち問題となる。
【００４１】
図２４（ａ）は従来の回折格子レンズを備えた撮像装置を用いて撮影された画像の一例を示している。図２４（ａ）に示す画像は、蛍光灯が点燈している室内様子を示す画像である。図２４（ｂ）は図２４（ａ）に示す画像のうち、蛍光灯近傍の拡大画像である。図２４（ｂ）に示すように、蛍光灯の下部近傍に発生する明るい光が縞状フレアである。
【００４２】
本願発明者は撮影画像に現れる縞状フレアによる影響を抑制するために、新規な構造を備えた回折光学素子およびそれを用いた撮像装置を想到した。以下、図面を参照しながら、本発明による回折格子レンズの実施形態を説明する。
【００４３】
（第１の実施形態）
以下、本発明による回折格子レンズの第１の実施形態を説明する。図１Ａは、第１の実施形態の回折格子レンズ１１を示す断面図であり、図１Ｂは、回折格子レンズ１１の回折格子１３近傍を拡大して示す断面図である。また、図１Ｃは、回折格子１３の輪帯１５Ａ、１５Ｂを拡大して示す断面図である。
【００４４】
回折格子レンズ１１はレンズ基体１２を備える。レンズ基体１２は第１の表面１２ａおよび第２の表面１２ｂを有し、第２の表面１２ｂに回折格子１３が設けられている。本実施形態では、回折格子１３は第２の表面１２ｂに設けられているが、第１の表面１２ａに設けられていてもよく、第１の表面１２ａおよび第２の表面１２ｂの両方に設けられていてよい。
【００４５】
また、本実施形態では、第１の表面１２ａおよび第２の表面１２ｂのベース形状は非球面形状であるが、ベース形状は球面や、平板形状であってもよい。第１の表面１２ａおよび第２の表面１２ｂの両方のベース形状が同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、第１の表面１２ａおよび第２の表面１２ｂのベース形状はそれぞれ凸型非球面形状であるが、凹型非球面形状であってもよい。さらに、第１の表面１２ａおよび第２の表面１２ｂのベース形状のうち一方が、凸型であり、他方が凹型であってもよい。
【００４６】
本願明細書において、「ベース形状」とは、回折格子１３の形状が付与される前のレンズ基体１２の表面の設計上の形状を言う。回折格子１３などの構造物が表面に付与されていなければ、レンズ基体１２の表面がベース形状を有している。本実施形態では第１の表面１２ａには回折格子が設けられていないため、第１の表面１２ａのベース形状は第１の表面１２ａが有する表面形状であり、非球面形状である。
【００４７】
一方、第２の表面１２ｂは、ベース形状に回折格子１３が設けられることによって構成されている。第２の表面１２ｂには回折格子１３が設けられているため、回折格子１３が設けられた状態では、レンズ基体１２の第２の表面１２ｂは非球面形状ではない。しかし、回折格子１３は以下に説明するように所定の条件に基づく形状を有するため、回折格子１３の形状が設けられた第２の表面１２ｂのマクロ形状から、第２の表面１２ｂのベース形状を推測することができる。ベース形状は設計上の形状であるため、回折格子１３を付与する前のレンズ基体１２がベース形状の表面を有している必要はない。
【００４８】
回折格子１３は、ベース形状を基準とし、設計された回折次数で回折格子１３を透過する光を回折させる形状を有している。具体的には、回折格子１３は、ベース形状を基準とする複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを有する。複数の輪帯は、複数の輪帯１５Ａ、１５Ｂを含み、複数の回折段差は、複数の回折段差１７Ａ、１７Ｂを含む。輪帯１５Ａと輪帯１５Ｂとの間に、１つの回折段差１７Ａまたは回折段差１７Ｂが設けられている。輪帯１５Ａ、１５Ｂは、回折段差１７Ａ、１７Ｂによって挟まれたリング状の凸部である。本実施形態では、輪帯１５Ａ、１５Ｂは、第１の表面１２ａのベース形状である非球面および第２の表面１２ｂのベース形状である非球面の光軸１４を中心とし、同心円状に配置されている。つまり、回折格子１３の光軸は非球面の光軸１４と一致する。輪帯１５Ａ、１５Ｂは同心円状に配置されている必要はない。しかし、撮像用光学系において、収差特性を良好にするためには、輪帯１５Ａ、１５Ｂの輪帯形状が光軸１４に対し回転対称であることが望ましい。
【００４９】
図１Ａに示すように、回折格子１３の回折段差１７Ａ、１７Ｂのうち、回折段差１７Ｂは第２の表面１２ｂのベース形状からの設計波長λ0での位相差が２ｎｍπ以外の位置に設けられている。回折段差１７Ａは従来と同様、第２の表面１２ｂのベース形状からの設計波長λ0での位相差が２ｎｍπの位置に設けられている。ここでｎは正の整数であり、ｍは回折次数である。回折次数は０および正または負の整数で定義されるが、回折次数が０であれば回折は生じない。このため、本発明では、ｍは正または負の整数である。この特徴のため、以下において詳細に説明するように、隣接する輪帯１５Ａの幅と輪帯１５Ｂの幅は互いに異なっている。ここで、輪帯１５Ａ、１５Ｂの幅とは、半径方向、より具体的には光軸１４を含む平面上であって光軸と垂直な方向における回折段差回折段差１７Ａ、１７Ｂ間の距離を言う。
【００５０】
また、図１Ｃに示すように、各輪帯１５Ａは、半径方向において、中央部１５Ａおよび中央部１５Ａを挟む一対の端部１５ＡＥを含んでいる。同様に、各輪帯１５Ｂは、半径方向において、中央部１５Ｂおよび中央部１５Ｂを挟む一対の端部１５ＢＥを含んでいる。各輪帯１５Ａ、１５Ｂにおいて、内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥ（つまり内側周縁近傍）には、凹部１８が設けられており、外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥ（つまり外側周縁近傍）には凸部１９が設けられている。凹部１８および凸部１９は、内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥおよび外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥのそれぞれの一部に設けられており、好ましくは、内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥおよび外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥの全体にわたって設けられている。各輪帯１５Ａ、１５Ｂは、回折格子レンズ１１の光軸１４を含む平面において、鋸刃の断面形状を有しており、回折格子レンズ１１の中心側に鋸刃の先端が位置し、外側に鋸刃の根元が位置している。レンズ基体１２の屈折率ｎ1（λ）が、回折格子１３の接する媒質の屈折率ｎ2より大きい場合、この形状により、回折格子１３は１次の回折光を利用して光を集光する。
【００５１】
輪帯１５Ａ、１５Ｂのうち、凹部１８および凸部１９が設けられていない輪帯の中央部は、従来と同様、回折格子レンズ１１に入射する光から、設計された次数の回折光を利用することにより、設計された集光状態の光に変換するように構成されている。具体的には、輪帯の中央部の形状は、式（１）で示される位相関数によって決定される形状を有している。
【００５２】
図１Ｃに示すように、凹部１８および凸部１９が設けられるため、回折段差１７Ａ、１７Ｂの段差長（隣接する輪帯１５Ａ、１５Ｂの光軸１４方向の位置の差）は、凹部１８および凸部１９の光軸１４方向の高さ分だけ、凹部１８および凸部１９を設けない場合の回折段差の段差長に比べて短くなる。しかし、これは、回折段差１７Ａ、１７Ｂの根元および先端に、凸部１９および凹部１８が設けられるために、見かけ上、回折段差１７Ａ、１７Ｂの段差長が、短くなっているだけである。図１Ｃに示すように、回折格子レンズ１１において、隣接する輪帯１５Ａ、１５Ｂにおける中央部の光軸１４方向における距離ｄＡ、ｄＢは、設計段差長ｄに等しい。
【００５３】
設計段差長ｄが、回折格子レンズ１１の使用波長の全域において上述の式（２）を満足する場合、回折格子レンズ１１は、波長に依存せずに１００％の回折効率を得ることができる。ここで、ｍは設計次式（１次の回折光の場合はｍ＝１）であり、ｎ1（λ）は使用波長λにおけるレンズ基体１２を構成するレンズ材料の屈折率である。しかし、実際の回折格子レンズ１１においては、回折効率が１００％でなくても、おおむね回折効率が９０％以上であれば、十分な光学性能を得ることができる。この条件は、詳細な検討によれば、式（３）で示される。
【数８】
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【００５４】
このように本実施形態の回折格子レンズ１１は、（ｉ）回折格子１３の回折段差１７Ａ、１７Ｂのうち、回折段差１７Ｂは第２の表面１２ｂのベース形状からの設計波長λ0での位相差が２ｎｍπ以外の位置に設けられているという特徴（以下、構造（ｉ）と呼ぶ）を備える。また、（ｉｉ）回折格子１３の各輪帯１５Ａ、１５Ｂにおいて、内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥには、凹部１８が設けられており、外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥには凸部１９が設けられているという特徴（以下、構造（ｉｉ）と呼ぶ）を備える。これら２つの構造（ｉ）、（ｉｉ）は、独立して、縞状フレアの発生を抑制し、また、縞状フレアによる撮像画像の品質劣化を抑制する。以下、図２（ａ）から（ｄ）を参照しながら、回折格子１３を有する第２の表面１２ｂの形状の設計方法、および、これら２つの構造（ｉ）、（ｉｉ）を説明する。
【００５５】
回折格子１３を有する第２の表面１２ｂの形状は、まず、構造（ｉ）が設計され、構造（ｉ）に構造（ｉｉ）を付与することによって、設計される。まず、構造（ｉ）を説明する。上述したように、回折格子レンズ１１の第２の表面１２ｂの形状は、回折格子が設けられるレンズ基体１２のベース形状と、ベース形状を基準として設けられる回折格子１３そのもの形状とから構成される。図２（ａ）は、第２の表面１２ｂにおけるベース形状Ｓｂが非球面である場合の一例を示しており、図２（ｂ）は、回折格子１３の形状Ｓｐ２の一例を示している。図２（ｂ）に示す回折格子の形状Ｓｐ２は、位相関数により決定される。位相関数は、前述の式（１）で示される。
【００５６】
１次の回折光を利用する場合、つまりｍ＝１の場合、図２（ｂ）に示すように、位相関数φ（ｒ）において基準点（中心）からの位相差が２ｎπになる位置、および、２ｎπ以外の位置において、位相関数の曲線の形状Ｓｐを分断し、分断された曲線を２ｎπだけマイナス方向へシフトさせる。つまり、これらの位置に回折段差を設ける。その結果、図２（ｂ）に示すように、回折格子１３の形状Ｓｐ２は、分断された曲線部分ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５・・・によって構成される。図２（ｂ）において破線で示す曲線部分ｓａは従来の回折格子であれば、基準点からの位相差が２πと４πの間であるため、曲線部分ｓ１に接続される。しかし、本実施形態では、２ｎπ以外の位置で分断する結果、曲線部分ｓａ’として曲線部分ｓ２に接続されている。この分断された位相差関数の曲線による回折格子の形状Ｓｐ２を図２（ａ）のベース形状Ｓｂに足し合わせることによって、図２（ｃ）に示す回折格子面の形状Ｓｂｐ２が決定される。位相関数から光路差関数への変換は式（１）の関係を用いる。
【００５７】
図２（ｃ）に示す回折格子面の形状Ｓｂｐ２が実際のレンズ基体に設けられる場合、回折段差の高さｄが式（２）を満たせば回折効果が得られる。
【００５８】
なお、使用波長λは、設計波長λ0と一般的には一致するが、異なっていてもよい。位相関数で用いる設計波長は、例えば、収差を低減するために可視光域の真ん中（５４０ｎｍなど）に決定する。これに対し、回折段差の高さｄに用いる使用波長λは、例えば回折効率を重視して決定される。このため、回折効率が可視光域全体において、中心波長に対して非対称な分布をする場合、使用波長λを可視光域の真ん中から少しずらす場合がある。この場合には、使用波長λは設計波長λ0と異なる。
【００５９】
図２（ｃ）に示す回折格子面の形状Ｓｂｐ２は、レンズ基体１２の第２の表面１２ｂの実際の形状である。ただし、ｚ方向、つまり、光路差はレンズ基体１２とこれに接する媒体との屈折率差および使用する光の波長に依存する。図２（ｂ）に示す位相関数の曲線による回折格子の形状Ｓｐ２は、基準点からの位相差が２ｎπになる位置、および、２ｎπ以外の位置において、分断されているため、図２（ｂ）の位相関数の値を光路長に換算し、図２（ａ）に示すレンズ基体のベース形状Ｓｂに足し合わせる。このようにすれば、分断された位置、つまり、回折段差は、設計波長λ0におけるベース形状からの光路差が波長の整数倍（位相関数上の２ｎπ）になる位置、および、整数倍（位相関数上の２ｎπ）以外の位置に設けられることになる。具体的には、波長の整数倍（位相関数上の２ｎπ）になる位置に設けられた回折段差１７Ａと整数倍（位相関数上の２ｎπ）以外の位置に設けられ回折段差１７Ｂとが存在する。このため、輪帯の幅が相対的に小さい輪帯１５Ａと輪帯の幅が相対的に大きい輪帯１５Ｂとが回折格子面の形状Ｓｂｐ２に含まれる。しかし、回折段差１７Ａおよび回折段差１７Ｂの高さはいずれもｄになっている。これは、図２（ｂ）を参照して説明したように、曲線部分ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５・・・を位相関数上において２ｎπだけマイナス方向へシフトさせ、分断しているからである。また、位相関数は、式（１）において定数項を含めてもよい。この場合、基準点が０ではなくなり、回折段差の位置は図２（ｂ）において、全体的に一定量ｒ方向にシフトすることになる。
【００６０】
このように、実際のレンズ基体１２において、回折段差１７Ａ、１７Ｂは、設計波長λ0におけるベース形状からの光路差に応じて設けられる。しかし、上述したように光路差は、レンズ基体１２とこれに接する媒体との屈折率差および使用する光の波長に依存する。このため、以下において、回折段差１７Ａ、１７Ｂの位置は位相関数上での位相差を用いて説明する。
【００６１】
図２（ｃ）に示すように、回折段差１７Ａ、１７Ｂが、設計波長λ0におけるベース形状からの位相差が、２ｎπになる位置、および、２ｎπ以外の位置に設けられる結果、回折格子１３には２種類の輪帯１５Ａおよび輪帯１５Ｂが含まれる。その結果、隣接する輪帯１５Ａと輪帯１５Ｂとでは、輪帯１５Ａの輪帯表面１６Ａの幅および輪帯幅が相対的に短く、輪帯１５Ｂの輪帯表面１６Ｂの幅および輪帯の光軸と垂直な方向幅が相対的に長い。このように、輪帯の幅あるいは、輪帯表面の幅が異なる２種類の輪帯１５Ａと輪帯１５Ｂとが回折格子１３に含まれることによって、縞状フレア１７１を抑制することができる。図１Ｂに示すように、第２の表面１２ｂにおいて、各輪帯１５Ａの先端２０Ａは、ベース形状Ｓｂを回折格子１３の光軸方向に平行移動させた第１の面２２Ａ上に位置する。同様に、各輪帯１５Ｂの先端２０Ｂは、ベース形状Ｓｂを回折格子１３の光軸方向に平行移動させた第１の面とは異なる第２の面上に位置する。ここで先端２０Ａ、２０Ｂとは、構造（ｉｉ）つまり、凹部１８および凸部１９を設ける前の回折段差１７Ａ、１７Ｂの設計段差長ｄを有する場合における先端を言う。回折段差１７Ｂが２ｎπ以外の位置であって、かつ、隣接する回折段差１７Ｂ同士の位相差が２ｎπである場合、各輪帯１５Ｂの先端２０Ｂは、ベース形状Ｓｂを回折格子１３の光軸方向に平行移動させた第１の面２２Ａとは異なる同一の第２の面２２Ｂ上に位置する。第１の面２２Ａと第２の面２２Ｂの回折格子１３の光軸上における間隔Ｌは、回折段差１７Ａおよび回折段差１７Ｂの高さｄ以下の値となる。
【００６２】
つまり、すべての輪帯の先端が、ベース形状Ｓｂを回折格子１３の光軸方向に平行移動させた１つの面上にない場合、設計波長λ0におけるベース形状からの位相差が２ｎπ以外の位置に少なくとも１つの回折段差が設けられており、これにより、その回折段差を挟んだ隣接する２つの輪帯の幅が異なっている。
【００６３】
輪帯１５Ａの根元２１Ａおよび輪帯１５Ｂの根元２１Ｂについても同様である。ここで根元２１Ａ、２１Ｂとは、構造（ｉｉ）つまり、凹部１８および凸部１９を設ける前の回折段差１７Ａ、１７Ｂの設計段差長ｄを有する場合における根元を言う。各輪帯１５Ａの根元２１Ａは、ベース形状Ｓｂを光軸方向に平行移動させた曲面上に位置し、各輪帯１５Ｂの根元２１Ｂは、ベース形状Ｓｂを光軸方向に平行移動させた曲面上に位置する。ただし、根元２１Ａが位置する曲面は根元２１Ｂが位置する曲面と異なっている。
【００６４】
従来の回折格子レンズでは、回折段差は２ｎπの位置にのみ設けるため、各輪帯の先端は、すべてベース形状を光軸方向に平行移動させた１つの曲面上に位置する。同様に各輪帯の根元も、すべてベース形状を光軸方向に平行移動させた１つの曲面上に位置する。このため、上述した回折格子の構造は本発明に特有であると言える。
【００６５】
なお、先端２０Ａ、２０Ｂおよび根元２１Ａ、２１Ｂは、実際には、凹部１８および凸部１９が設けられることにより、実際の輪帯あるいは回折段差の先端および根元ではない。しかし、輪帯１５Ａ、１５Ｂの凹部１８および凸部１９が設けられていない中央部分の形状から、凹部１８および凸部１９を設ける前の回折格子面の設計上形状Ｓｂｐ２が特定できるため、先端２０Ａ、２０Ｂおよび根元２１Ａ、２１Ｂの位置も特定し得る。
【００６６】
また、図１８（ｂ）、（ｃ）に示すように、従来の回折格子レンズでは、回折格子の外周側ほど輪帯の幅が狭くなるものの、連続して隣接する３つ程度の輪帯間では、輪帯の幅はほぼ同一である。これに対し、本実施形態の回折格子レンズ１１では、輪帯１５Ａとこれを挟む２つの輪帯１５Ｂに注目した場合、輪帯１５Ａを挟むように隣接した２つの輪帯１５Ｂの幅は、同一であり、２つの輪帯１５Ｂに挟まれた輪帯１５Ａの幅は、輪帯１５Ｂの幅よりも狭くなっている。ここで２つの輪帯１５Ｂの幅が同一とは、２つの輪帯の幅が一致する場合のみならず、２つの幅が一致しない場合でも長い方の輪帯の幅が短い方の輪帯の幅の１．０５倍以内である場合も含む。
【００６７】
図３は、回折格子１３が設けられた回折格子レンズ１１において、構造（ｉ）により、縞状フレア１７１が低減される理由を説明するためのグラフである。図３に示すように、輪帯幅が狭い輪帯１によるフラウンホーファー回折の光（回折縞）では、径方向における波の間隔が相対的に広くなっており、輪帯幅が広い輪帯２によるフラウンホーファー回折の光では、径方向における波の間隔が相対的に狭くなっている。中心付近の振幅強度は、輪帯幅が反映されるため、輪帯１によるフラウンホーファー回折の光の強度が弱くなり、輪帯２によるフラウンホーファー回折の光の強度が強くなる。輪帯１および輪帯２によるフラウンホーファー回折の光を足し合わせたものが本実施形態の回折格子によるフラウンホーファー回折の光である。図３から分かるように、輪帯１および輪帯２によるフラウンホーファー回折の光の径方向における波の間隔が異なるため、中心付近以外の位置では、波が打ち消し合い、従来の回折格子によるフラウンホーファー回折の光に比べ、光の振幅が小さくなっている。つまり、縞状フレア１７１が低減されている。
【００６８】
この効果は、上述の説明から分かるように、回折段差の位置が２ｎπになる位置、および、２ｎπ以外の位置に設けられ、隣接する輪帯１５Ａと輪帯１５Ｂとの幅が異なることによって生じる。したがって、ベース形状からの位相差が２ｎπ以外であれば、回折段差１７Ｂは任意の位置に設けることができる。
【００６９】
好ましくは、ベース形状からの位相差が２ｎπ以外のところに設ける回折段差１７Ｂの位置はπ／５以上の偏差つまり２ｎπの位置から±１０％以上シフトしている。シフト量が±１０％以内であれば、２種類のフラウンホーファー回折の光の干渉の効果が十分ではないからである。より好ましくは、シフト量は、−４０％〜−９０％の範囲であり、さらに好ましくは、−４０％〜−６０％の範囲である。
【００７０】
図２（ｂ）に示すように、位相関数上において、２ｎπ以外の位置に設けた回折段差の２ｎπの位置からのシフト量δは、２ｎπの位置に設けた回折段差と２ｎπ以外の位置に設ける回折段差との先端のシフト量δ’と一致する。このため、上述した回折段差１７Ｂの２ｎπの位置からの好ましいシフト量は、図１Ｂを参照して説明した、輪帯１５Ａの先端２０Ａが位置する第１の面２２Ａと、輪帯１５Ｂの先端２０Ｂが位置する第２の面２２Ｂとの回折格子１３の光軸上における間隔Ｌの回折段差ｄからのシフト量で表すことができる。輪帯１５Ａの先端２０Ａが位置する第１の面２２Ａと、輪帯１５Ｂの先端２０Ｂが位置する第２の面２２Ｂとの回折格子１３の光軸上における間隔Ｌを用いる場合、間隔Ｌが０．４ｄ≦Ｌ≦０．９ｄを満たすことが好ましく、０．４ｄ≦Ｌ≦０．６ｄを満たすことがより好ましい。
【００７１】
また、ベース形状からの位相差が２ｎπの位置に設けるところに設ける回折段差１７Ａの位置は２ｎπの位置から±１０％より小さいシフト量であることが好ましい。シフト量が±１０％以上である場合、回折格子１３の特性が大きく変わってしまうためである。回折格子１３の設計どおりの特性を発揮させるためには、加工可能なかぎりシフト量は小さい方が好ましい。
【００７２】
本実施形態では、回折格子レンズ１１は回折格子１３の１次の回折光を利用しているが、２次以上の回折を利用してもよい。この場合、ｍを利用する回折光の次数として、回折段差１７Ａおよび１７Ｂは、ベース形状からの設計波長λ0における位相差が２ｎｍπになる位置、および、２ｎｍπ以外の位置に設けられる。
【００７３】
回折段差１７Ｂは回折格子１３に１箇所以上設けられていれば、輪帯幅の異なる輪帯１５Ａおよび１５Ｂが形成されるため、上述した本発明の効果を得ることができる。ただし、回折段差１７Ｂは回折格子レンズ１１の有効径内に設けられていることが好ましい。有効径外に設けられた段差は、回折段差１７Ｂとして機能しない。例えば、回折格子レンズを保持するためのレンズコバをレンズ基体の回折格子の外周に設ける場合がある。このコバによる段差が、ベース形状からの位相差が２ｎｍπ以外の位置であったとしても、回折段差１７Ｂとしては機能しない。つまり、回折段差１７Ｂは回折格子１３の外周端以外の領域に設けられていることが好ましい。仮に、レンズコバによる段差が、ベース形状からの位相差が２ｎｍπ以外の位置にある場合には、回折格子レンズ１１の有効径内に少なくとも他の回折段差１７Ｂが設けられていることが好ましい。
【００７４】
また、ベース形状からの位相差が２ｎπ以外の位置であれば、回折段差１７Ｂを設ける位置は任意である。図２（ｃ）では、回折段差１７Ｂは、３π、７π、１１π・・・の位置に設けられていた。しかし、例えば、図４に示すように、回折段差１７Ｂを、５π、９π、１３π・・・の位置に設けた回折格子面の形状Ｓｂｐ２をレンズ基体１２の第２の表面１２ｂに設けてもよい。なお図４においては、凹部１８および凸部１９の記載は省略した。
【００７５】
上述したように、本発明によれは、構造（ｉ）によって、具体的には、回折段差１７Ａおよび１７Ｂを、設計波長λ0において、ベース形状からの位相差が２ｎｍπになる位置、および、２ｎｍπ以外の位置に設け、輪帯１５Ａの先端２０Ａが位置する第１の面２２Ａと、輪帯１５Ｂの先端２０Ｂが位置する第２の面２２Ｂとが、回折格子１３の光軸上において互いに異なる位置にあるため、輪帯１５Ａの幅と輪帯１５Ｂの幅を異ならせ、縞状フレア１７１を低減、あるいは、目立たなくすることができる。詳細な検討の結果、回折段差１７Ｂの位置によって縞状フレア１７１の低減効果が異なることが分かった。
【００７６】
図５（ａ）から（ｃ）は、本発明の特徴を理解しやすくするために、半径位置に対する位相差が線形的に変化すると仮定した位相関数による模式的な回折格子１３の表面形状を示した図である。図５（ａ）から（ｃ）において、破線は回折段差がすべて２ｎｍπの位置に設けられている場合の回折格子１３の表面形状を示している。なお図５においては、凹部１８および凸部１９の記載は省略した。
【００７７】
詳細な検討によれば、主要な集光位置から離れた位置に発生した縞状フレア１７１を低減させるためには、図５（ａ）のように、回折段差１７Ａをベース形状からの位相差が２ｎｍπの位置に設け、回折段差１７Ｂを、ベース形状からの位相差が（２ｎ−１）ｍπの位置に設けることが好ましい（図５（ａ）はｍ＝１の場合）。このように構成することによって、２つの輪帯幅の異なる輪帯１５Ａおよび１５Ｂにより発生するフラウンホーファー回折の回折縞が互いに干渉し合い、効果的に縞状フレア１７１を低減することができる。
【００７８】
また、ある特定位置に発生し、目立つ縞状フレア１７１を広範囲に分散させて目立ちにくくするためには、図５（ｂ）や（ｃ）のように、回折段差１７Ａおよび１７Ｂを、それぞれｉ個およびｊ個ずつ連続的に配置し、かつ、ｉ個の回折段差１７Ａおよびｊ個の回折段差１７Ｂを交互に配置することが好ましい。図５（ｂ）は、ｉ＝ｊ＝３の場合の回折格子１３の表面形状を示し、図５（ｃ）は、ｉ＝ｊ＝４の場合の回折格子１３の表面形状を示している。このような構成にすることによって、さまざまな縞間隔の縞状フレア１７１が発生し、縞の明暗のコントラストが小さくなるため、縞状フレア１７１を目立たなくすることができる。
【００７９】
連続する回折段差１７Ａおよび１７Ｂの個数ｉ、ｊに特に制限はなく、また、回折段差１７Ａの個数ｉと回折段差１７Ｂの個数ｊとは異なっていてもよい。ｉおよびｊは好ましくは２個以上有効径内の輪帯本数の１／２以下である。効果的に縞状フレア１７１を抑制するためには、ｉ、ｊは等しいことが好ましい。
【００８０】
次に構造（ｉｉ）を説明する。図２（ｄ）に示すように、図２（ａ）から（ｃ）により設計した回折格子レンズの輪帯１５Ａ、１５Ｂにおいて、内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥに、凹部１８を設け、外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥに凸部１９を設ける。凹部１８および凸部１９は、内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥおよび外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥのそれぞれの一部に設けられており、好ましくは、内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥおよび外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥの全体にわたって設けられている。
【００８１】
図６は、回折格子レンズ１１の光軸１４を含む平面における回折格子１３近傍の断面図である。レンズ基体１２の屈折率ｎ1（λ）が、回折格子１３に接する媒質の屈折率ｎ2よりも大きい場合、回折格子１３の輪帯１５Ｂにおいて、凸部１９が設けられている部分では、レンズ基体１２を透過する光の光路長が凸部１９の分だけ長くなる。逆に、凹部１８が設けられている部分では、レンズ基体１２を透過する光の光路長が凹部１８の分だけ短くなる。その結果、輪帯１５Ｂを透過した光のうち、輪帯１５の内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥに位置する凹部１８を透過した光の波面は、輪帯１５Ｂの中央部１５ＢＣを透過した光の波面よりも進む。また、輪帯１５Ｂの外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥに位置する凸部１９を透過した光の波面は、輪帯１５Ｂの中央部１５ＢＣを透過した光の波面よりも遅れる。輪帯１５Ａを透過する光も同様に波面の位置が変化する。
【００８２】
縞状フレア１７１は、回折格子の狭い輪帯を透過した場合における透過光の波面の回り込みによって生じるため、凸部１９および凹部１８により波面の遅れおよび進みなどの位相変調によって、輪帯の両端部１５ＡＥ、１５ＢＥにおいて、回り込んだ光の波面の進行方向が変化する。本実施形態では、輪帯の中央部１５ＡＣ、１５ＢＣを透過して進行する光の方向に対して回り込んだ光の波面の進行方向は、外側、つまり、矢印Ｑの方向に変化する。これに対し、各輪帯１５Ａ、１５Ｂの中央部１５ＡＣ、１５ＢＣを透過し、回折する光の波面の進行方向は変化しない。
【００８３】
図６では、光軸１４に平行な光が輪帯１５Ａ、１５Ｂを透過する場合における透過光の波面を示しているが、凸部１９および凹部１８による位相変調は、光軸１４に対して非平行な光が輪帯１５Ａ、１５Ｂを透過する場合にも生じる。つまり、本実施形態では、光軸１４に対して非平行な光が輪帯１５Ａ、１５Ｂを透過する場合も、輪帯１５Ａ、１５Ｂの両端部１５ＡＥ、１５ＢＥにおいて回り込んだ光の波面の進行方向は、輪帯１５Ａ、１５４Ｂの中央部１５ＡＣ、１５ＢＣを透過して進行する光の波面の進行方向に対して外側（矢印Ｑの方向）に変化する。
【００８４】
これにより、撮像素子上における縞状フレア１７１の集光位置が外方向（撮影画像上における周辺方向）へシフトし、縞状フレア１７１の像の一部が光源の像１７０と重なる。その結果、光源周辺に発生する縞状フレアの積算光量を低減することができる。つまり、得られる撮影画像の縞状フレアによる影響が低減できる。
【００８５】
特に、本実施形態の回折格子レンズ１１では、輪帯１５Ａ、１５Ｂの内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥおよび外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥにそれぞれ、凹部１８および凸部１９が設けられているため、縞状フレア１９１の進行方向を大きく変化させることが可能となり、撮影画像上の縞状フレア１７１を効果的に低減することが可能となる。輪帯１５Ａ、１５Ｂの内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥおよび外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥにおいて、凹凸を反転させない場合、つまり、内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥおよび外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥにそれぞれ凹部を形成する場合、あるいは、凸部を形成する場合、凹凸形状により生じる波面の位相の変化が打ち消され、波面の進行方向の変化も小さくなる。したがって、縞状フレア１７１を低減する効果も小さくなってしまう。
【００８６】
また、凹部１８および凸部１９を設けることによる縞状フレア１９１を抑制する効果は、輪帯１５Ａ、１５Ｂの両端部１５ＡＥ、１５ＢＥを透過し回り込んだ光の波面の位相を変化させることにより得られる。このため、両端部１５ＡＥ、１５ＢＥを透過する光の進行方向は、凹部１８および凸部１９を構成する面における屈折によって大きく変化しないことが好ましい。具体的には、凹部１８の底面および凸部１９の上面は、輪帯１５Ａ、１５Ｂの中央部１５ＡＣ、１５ＢＣの傾斜面とほぼ平行であることが好ましい。中央部１５ＡＣ、１５ＢＣの傾斜面と凹部１８の底面および凸部１９の上面とが１０度より大きい角度をなしている場合、両端部１５ＡＥ、１５ＢＥ透過する光の進行方向が大きく変化し、上述した本発明の効果が十分に得られないだけでなく、不要な迷光が生じ、縞状フレア１９１とは異なるフレアが発生する原因となる。
【００８７】
構造（ｉｉ）によって、縞状フレア１７１による撮像画像への影響を低減させるのに十分な位相変化を発生させるためには、図１Ｃに示すように、凹部１８および凸部１９の回折格子１３の光軸１４を含む平面上であって光軸と垂直な方向における幅ＷＡ１、ＷＢ１およびＷＡ２、ＷＢ２は、それぞれ輪帯１５Ａ、１５Ｂの回折格子１３の光軸を含む平面上であって光軸と垂直な方向における幅ＷＡ、ＷＢの５％以上であることが好ましい。ここで、凹部１８または凸部１９が、光軸方向に一様な幅ＷＡ１、ＷＢ１またはＷＡ２、ＷＢ２を有していない場合には、各凹部１８または凸部１９の光軸方向における最大の幅を幅ＷＡ１、ＷＢ１またはＷＡ２、ＷＢ２と定義する。
【００８８】
一方、凹部１８および凸部１９は、回折による本来の集光位置に集光される光線束を減少（回折パワーの低減）させ、収差を発生させる要因となりうる。また、凹部１８および凸部１９による位相の変化は、本来集光に寄与すべき回折光に対して位相が進行した成分および後退した成分を発生させることから、回折効率の波長依存性を乱し、不要次数回折光を発生させる可能性がある。このような収差や不要次数回折光の発生に伴う画質低下を抑制するために、凹部１８および凸部１９の回折格子１３の光軸１４を含む平面上であって光軸と垂直な方向における幅ＷＡ１、ＷＢ１およびＷＡ２、ＷＢ２は、それぞれ輪帯１５Ａ、１５Ｂの回折格子１３の光軸１４を含む平面上であって光軸と垂直な方向における幅ＷＡ、ＷＢの２５％以下であることが好ましい。したがって、凹部１８および凸部１９の回折格子１３の光軸を含む平面上であって光軸と垂直な方向における幅ＷＡ１、ＷＢ１およびＷＡ２、ＷＢ２は、それぞれ輪帯１５Ａ、１５Ｂの回折格子１３の光軸１４を含む平面上であって光軸と垂直な方向における幅ＷＡ、ＷＢの５％以上２５％以下の範囲の値であることが好ましい。
【００８９】
また、凹部１８の光軸と平行な方向における高さ（深さ）ｄＡ２、ｄＢ２および凸部１９の高さｄＡ１、ｄＢ１は、小さすぎると位相差が小さいため、縞状フレア１７１を十分低減させることができない。他方、高さｄＡ２、ｄＢ２および高さｄＡ１、ｄＢ１が大きすぎると、凹部１８および凸部１９の幅の場合と同様、回折パワーが低下し、不要次数回折光１５６や収差の発生による画質劣化が発生する。このため、凹部１８の高さｄＡ２、ｄＢ２および凸部１９の高さｄＡ１、ｄＢ１は、それぞれ、回折段差の設計段差長ｄ（＝ｄＡ、ｄＢ）の３％以上２０％以下の範囲であることが好ましい。ここで、凹部１８または凸部１９が、光軸と垂直な方向に一様な高さｄＡ１、ｄＢ１またはｄＡ２、ｄＢ２を有していない場合には、各凹部１８または凸部１９の光軸と垂直な方向における最大の高さを高さｄＡ１、ｄＢ１またはｄＡ２、ｄＢ２と定義する。
【００９０】
凹部１８および凸部１９の幅ＷＡ１、ＷＢ１およびＷＡ２、ＷＢ２は、上述した範囲の値である限り、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。また、複数の輪帯１５Ａ、１５Ｂにおける凹部１８の幅ＷＡ１、ＷＢ１および凸部１９の幅ＷＡ２、ＷＢ２はすべて同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、凹部１８および凸部１９の高さｄＡ１、ｄＢ１およびｄＡ２、ｄＢ２は、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。また、複数の輪帯１５Ａ、１５Ｂにおける、凹部１８の高さｄＡ１、ｄＢ１および凸部１９の高さｄＡ２、ｄＢ２はすべて同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００９１】
本願発明者は実レンズを用いた画像評価により、構造（ｉｉ）、つまり、輪帯１５Ａ、１５Ｂに凹部１８および凸部１９を形成することにより、形成しない場合と比較して、縞状フレア１７１の集光位置が変化することを確認した。図７は、回折格子１３が最も撮像素子側に位置するように、回折格子レンズ１１を配置した場合において、撮像素子１５４によって撮影された画像における縞状フレア１７１を模式的に示している。図２１に示した、従来の撮像装置における縞状フレア１７１の分布と比較すれば明らかなように、例えば画像周辺部に強い光源が移り込むように光源を配置した場合、本実施形態の回折格子レンズ１１を使用すると、光源の像に対して画像中央部寄りの縞状フレア１７１の強度が低下する。これは、縞状フレア１７１の集光位置が、撮像面上において外方向にシフトし、縞状フレアの像の一部が光源の像と重なるからである。
【００９２】
このように本実施形態の回折格子レンズは、構造（ｉ）を備えている。具体的には、回折格子１３の２種類の回折段差のうち、一方がベース形状からの設計波長λ0での位相差が２ｎｍπ以外の位置に設けられている。つまり、２種類の回折段差の一方の先端は、ベース形状を回折格子の光軸方向に平行移動させた第１の面上に位置しており、少なくとも１つの他方の回折段差の先端は、ベース形状を光軸方向に平行移動させた第２の面上に位置しており、第１の面および第２の面は光軸上において、互いに異なる位置にある。これにより、輪帯幅が異なる２種類の輪帯が回折格子に含まれるようになり、輪帯幅が異なる２種類の輪帯によって生じる縞状フレアが互いに干渉し合い、縞状フレアの発生が抑制される。
【００９３】
また、本実施形態の回折格子レンズは、構造（ｉｉ）を備えている。具体的には、輪帯の内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥに凹部および凸部のいずれか一方が設けられ、外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥに他方が設けられている。このため、縞状フレアの発生位置をシフトさせ、撮影画像上において、縞状フレアの一部を光源の像と重ね合わせることができ、あるいは、撮像面上において、縞状フレアの一部の集光位置を外方向へシフトさせることができる。このため、光源周辺に発生する縞状フレア光の積算光量を低減し、撮影画像に現れる縞状フレアによる影響を抑制することができる。
【００９４】
したがって、本実施形態の回折格子レンズによれば、これら２つの構造によって、縞状フレアの発生が抑制され、また、撮影画像に現れる縞状フレアによる影響を抑制することができる。
【００９５】
なお、上記本実施形態では、輪帯１５Ａ、１５Ｂの内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥに凹部１８を設け、外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥに凸部１９を設け、かつ回折格子１３を撮像素子１５４側に配置することによって、縞状フレア１７１の発生位置を、撮影画像上の周辺方向へシフトさせていた。本実施形態の回折格子レンズ１１の多くの用途では、撮影画像の中心部により重要な情報が位置する場合が多いため、撮影画像上の周辺方向に縞状フレア１７１をシフトさせることによって、縞状フレアによる画像品質の劣化を抑制することができ、高品質画像を得ることができる。しかし、用途によっては、回折格子レンズ１１によって集光される光源の像に対して画像周辺側に重要な情報が位置しているために、縞状フレアを撮影画像上の中心方向へシフトさせた方がよい場合がある。また、回折格子レンズ１１の配置位置によっては、縞状フレアのシフト方向が所望と逆になる場合が発生する。この場合には、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃに示す回折格子レンズ１１において、凹部１８および凸部１９の位置を入れ替えればよい。
【００９６】
具体的には、図８に示すように、輪帯１５Ａ、１５Ｂにおいて、内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥに凸部９を設け、外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥには凹部１８を設ければよい。図９に示すように、輪帯において、凸部１９が設けられている部分では、レンズ基体を透過する光の光路長が凸部１９の分だけ長くなる。逆に、凹部１８が設けられている部分では、レンズ基体を透過する光の光路長が凹部１８の分だけ短くなる。その結果、各輪帯を透過した光のうち、輪帯の外側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥに位置する凹部１８を透過した光の波面は、輪帯の中央部を透過した光の波面よりも進む。また、輪帯の内側の端部１５ＡＥ、１５ＢＥに位置する凸部１９を透過した光の波面は、輪帯の中央部を透過した光の波面よりも遅れる。その結果、輪帯の両端において、回り込んだ光の波面の進行方向が変化し、輪帯の中央部を透過して進行する光の方向に対して回り込んだ光の波面の進行方向は、内側、つまり、矢印Ｑ’の方向に変化する。これに対し、各輪帯の中央部分を透過し、回折する光の波面の進行方向は変化しない。これにより、撮像素子上における縞状フレア１７１の集光位置が内方向（撮影画像上の中心方向）へシフトし、縞状フレア１７１の像の一部が光源の像１７０と重なる。その結果、撮像素子上の周辺部における縞状フレア１７１の強度を低減させることができる。
【００９７】
これまで説明してきた本実施形態の回折格子レンズにおいて、輪帯に設ける凹部１８および凸部１９の光軸を含む平面における断面形状は矩形であった。凹部１８および凸部１９の断面形状は、矩形以外の形状であってもよい。
【００９８】
図１０（ａ）から（ｆ）は、本実施形態の回折格子レンズ１１の輪帯１５Ａ、１５Ｂの断面形状の例を示している。上述したように、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、凹部１８および凸部１９は回折格子レンズ１の光軸を含む平面において、矩形の断面形状を有していてもよい。また、図１０（ｃ）および（ｄ）に示すように、凹部１８の底部が凹状の円弧を有し、凸部１９の上部が突出した円弧を有する断面形状であってもよい。さらに、図１０（ｅ）および（ｆ）に示すように、凹部１８および凸部１９は角が丸められた矩形の断面形状を有していてもよい。ただし、上述した理由から、凹部１８の底面および凸部１９の上面を構成する主要な面と中央部１５ＡＣ、１５ＢＣの傾斜面とがなす角度は１０度以下であることが好ましい。
【００９９】
また、本実施形態では、凹部１８および凸部１９はすべての輪帯１５Ａ、１５Ｂに設けられていたが、輪帯１５Ａおよび輪帯１５Ｂの一方のみ、あるいは、輪帯１５Ａ、１５Ｂの一部にのみ凹部１８および凸部１９を設けることによって、撮影画像上の所望の位置における縞状フレアの影響を特に抑制してもよい。また、輪帯の内側の端部および外側の端部の一部分にのみ凹部１８および凸部１９を設け、撮影画像上の特定の方向の縞状フレアを抑制してもよい。また、絞りなどによって回折格子レンズの回折格子の一部の領域に光が入射する場合、つまり、回折格子が設けられた領域の一部が有効領域である場合、輪帯の有効領域内にある部分に凹部１８および凸部１９が設けられていればよい。
【０１００】
（第２の実施形態）
以下、本発明の回折格子レンズの第２の実施形態を説明する。図１１（ａ）は、本発明による回折格子レンズの第２の実施形態を示す断面図である。図１１（ａ）に示す回折格子レンズ８１は、レンズ基体１２と、レンズ基体１２に設けられた回折格子１３と、回折格子１３を覆うようにレンズ基体１２に設けられた光学調整層３１とを備える。レンズ基体１２は第１の表面１２ａおよび第２の表面１２ｂを有し、第２の表面１２ｂに回折格子１３が設けられている。好ましくは、回折格子１３の回折段差を完全に埋めるように光学調整層３１が設けられている。
【０１０１】
回折格子１３およびレンズ基体１２は、第１の実施形態の回折格子レンズ１１と同様の構造を備えている。
【０１０２】
レンズ基体１２は第１の実施形態と同様、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）である第１の材料からなる。また、光学調整層３１は、使用波長λにおいて屈折率ｎ2（λ）である第２の材料からなる。
【０１０３】
回折格子レンズ８１の回折段差が満たすべき条件は、上記式（３）において、空気の屈折率１を光学調整層３１の屈折率に置き換えたものに等しい。具体的には、回折格子１３の回折段差１７Ａ、１７Ｂの線形段差長をｄとし、ｍを回折次数としたとき、回折段差の設計段差長ｄ、レンズ基体１２の屈折率ｎ1（λ）および光学調整層３１の屈折率ｎ2（λ）は、以下式（４）の関係を満足している。
【数９】
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【０１０４】
好ましくは、使用波長λは可視光域の波長であり、可視光域の全域の波長λに対して式（４）を満足する。この場合、可視光域の任意の波長λの光が式（４）を満足するとにより、不要次数回折光が発生しなくなり、回折効率の波長依存性が非常に小さくなり、また、高い回折効率が得られる。
【０１０５】
可視光域の任意の波長λの光が式（４）を満足するためには、可視光域の任意の波長λあるいは使用する光の波長帯域内においてｄがほぼ一定となるような波長依存性を持つ屈折率ｎ1（λ）の第１の材料と屈折率ｎ2（λ）の第２の材料とを組み合わせればよい。一般的には、屈折率が高く、波長分散の低い材料と屈折率が低く波長分散の高い材料とが組み合わされる。
【０１０６】
より具体的には、第１の材料における屈折率の波長依存性と逆の傾向を示す屈折率の波長依存性を有する材料を第２の材料として選択すればよい。例えば、回折格子レンズ１１を使用する光の波長範囲において、第２の材料の屈折率は第１の材料の屈折率より小さく、かつ、第２の材料の屈折率の波長分散性は第１の材料の屈折率の波長分散性より大きい。つまり、第２の材料は第１の材料よりも低屈折率高分散材料であることが好ましい。
【０１０７】
第１の材料および第２の材料として、ガラスや樹脂に無機粒子が分散したコンポジット材料を用いてもよい。コンポジット材料は、分散させる無機粒子等の種類や粒子の大きさ、添加量を調整することによってコンポジット材料全体の屈折率や波長分散性を調整するため、第１の材料および第２の材料として好適に用いることができる。
【０１０８】
屈折率ｎ2（λ）が屈折率ｎ1（λ）より大きい場合、ｄは負の値となる。この場合、回折格子１３の第２の表面１２ｂ形状は、ベース形状に位相関数による位相差を反転させて足し合わることによって得られる。図１１（ｂ）は、屈折率ｎ2（λ）が屈折率ｎ1（λ）より大きい場合の回折格子１３’の構造を示している。
【０１０９】
上述したように本実施形態の回折格子レンズ８１は、光学調整層３１で回折格子１３が覆われている点で第１の実施形態の回折格子レンズ１１と異なっているが、光学調整層３１が空気層であるとすれば、回折格子レンズ１１と回折格子レンズ８１とは同じ構造であるといえる。式（４）と式（３）とを比較すれば明らかなように、一般に光学材料である第２の材料の屈折率ｎ2（λ）は１より大きいため、第１の実施形態の回折格子レンズ１１の場合に比べて設計段差長ｄは大きくなる。しかし、フラウンホーファー回折による回折縞の発生および本発明による縞状フレア１７１の抑制効果は、波長に依存しない。このため、光学調整層３１で回折格子１３が覆われていても、本実施形態の回折格子レンズ１８１では第１の実施形態と同様、構造（ｉ）および（ｉｉ）より、縞状フレア１７１の発生が抑制され、得られる撮影画像における縞状フレアによる影響を抑制することができる。また、使用波長域の全域で式（４）を満たすことにより、不要次数回折光によるフレアも低減することができる。
【０１１０】
（第３の実施形態）
本発明による光学素子の実施形態を説明する。図１２（ａ）は、本発明による光学素子の実施形態を示す模式的断面図であり、図１２（ｂ）はその平面図である。光学素子８２は、回折格子レンズ１２１と回折格子レンズ１２２を備える。回折格子レンズ１２１は、例えば第１の実施形態の回折格子レンズ１１であり、第１の実施形態で説明した構造を有する回折格子１３が設けられている。回折格子レンズ１２２は、第１の実施形態の図１１（ｂ）に示す構造の回折格子１３’が設けられている。回折格子レンズ１２１と回折格子レンズ１２２とは所定の間隙１２３を隔てて保持されている。
【０１１１】
図１２（ｃ）は、本発明による光学素子の他の実施形態を示す模式的断面図であり、図１２（ｄ）はその平面図である。光学素子８２’は、回折格子レンズ１２１Ａと回折格子レンズ１２１Ｂと光学調整層１２４と備える。回折格子レンズ１２１Ａの一面には第１の実施形態で説明した構造を有する回折格子１３が設けられている。同様に回折格子レンズ１２１Ｂにも回折格子１３が設けられている。光学調整層２４は、回折格子レンズ１２１Ａの回折格子１３を覆っている。回折格子レンズ１２１Ａと回折格子レンズ１２１Ｂとは、回折格子レンズ１２１Ｂの表面に設けられた回折格子１３と光学調整層２４との間に間隙２３が形成されるように保持されている。
【０１１２】
回折格子レンズが積層された光学素子８２および光学素子８２’においても、第１の実施形態で説明したような構造（ｉ），（ｉｉ）を回折格子が備えるため、縞状フレアの影響が抑制され、撮影画像に現れる縞状フレアによる影響を抑制することができる。
【０１１３】
（第４の実施形態）
図１３は、本発明による撮像装置の実施形態を示す模式的断面図である。撮像装置８３は、レンズ９２と、回折格子レンズ１１と、絞り９４と撮像素子９５とを備える。
【０１１４】
レンズ９２は、レンズ基体９３を含む。レンズ基体９３の第１の表面９３ａおよび第２の表面９３ｂは、球面形状、非球面形状など、公知のレンズの表面形状を有している。本実施形態では、レンズ基体９３の第１の表面９３ａは凹形状を有し、第２の表面９３ｂは凸形状を有している。
【０１１５】
回折格子レンズ１１は、レンズ基体１２を含む。レンズ基体１２の第１の表面１２ａおよび第２の表面１２ｂ’のベース形状は、球面形状、非球面形状など、公知のレンズの表面形状を有している。本実施形態では、第１の表面１２ａは凸形状を有し、第２の表面１２ｂ’は凹形状を有している。第２の表面１２ｂ’には第１の実施形態で説明した回折格子１３が設けられている。
【０１１６】
レンズ９２の第２の表面９３ｂから入射した被写体からの光は、レンズ９２および回折格子レンズ１１によって集光され、撮像素子９５の表面において、結像し、撮像素子９５によって電気信号に変換される。
【０１１７】
本実施形態の撮像装置８３は回折格子レンズ１１を含めて２枚のレンズを備えているが、レンズの数やレンズの形状に特に制限はなく、１枚であってもよいし、３枚以上のレンズを備えていてもよい。レンズ枚数を増やすことで、光学性能を向上させることができる。撮像装置８３が、複数のレンズを備える場合、回折格子１３は複数のレンズのうちのどのレンズに設けられていてもよい。また、回折格子１３が設けられた面は、被写体側に配置されてもよいし、撮像側に配置されてもよく、複数面であってもよい。ただし、回折格子１３が複数設けられていると回折効率が低下するため、回折格子１３は１面だけに設けられていることが特に好ましい。回折格子１３の輪帯形状は、必ずしも光軸１４を中心とした同心円状に配置されている必要はない。ただし、撮像用光学系において収差特性を良好にするためには、回折格子１３の輪帯形状が光軸１４に対し回転対称であることが望ましい。また、絞り９４は撮像装置８３の特性を発現しうる任意の位置に配置してよいし、またはなくてもよい。
【０１１８】
本実施形態による撮像装置は、第１の実施形態で説明した回折格子１３が設けられた回折格子レンズ１１を備えているため、強い光源を撮影する場合にも縞状フレア１７１の少ない画像を得ることができる。
【０１１９】
（第５の実施形態）
本発明による回折格子レンズの製造方法の実施形態を説明する。
【０１２０】
まず、第１の実施形態で説明した回折格子１３を有する回折格子レンズを作製する。
【０１２１】
レンズ基体１２を成形により作製する場合、成形型に輪帯形状とともに凹部１８および凸部１９の形状をあらかじめ形成しておくことにより、輪帯形状を有するレンズ基体１２を作製するのと同時に凹部１８および凸部１９を輪帯に形成することができる。成形型への凹部１８および凸部１９形状の形成には、ダイヤモンドバイト等を用いた切削、砥石等を用いた研削、エッチング、マスター型からの転写等の手法を用いることができる。成形には、射出成形、プレス成形、注型成形等を用いることができる。
【０１２２】
この製造方法によれば、各回折格子レンズに凹部１８および凸部１９を個別に形成する必要がなく、輪帯形状と凹部１８および凸部１９とを一体的に形成することができるため、生産性が非常に高い。また、レンズ基体１２の材料として、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エネルギー線硬化性樹脂、低温成形用ガラス等、種々の樹脂やガラスを用いることができ、用途等に応じで適切なレンズ基体の材料を選択することが可能である。
【０１２３】
レンズ基体１２を切削または研磨により作製する場合には、輪帯形状を切削により形成するのと同時に凹部１８および凸部１９の形状も加工すればよい。この場合は、形状加工の容易性から、レンズ基体１２の材料として、ポリカーボネート、脂環式オレフィン樹脂、ＰＭＭＡ等の熱可塑性樹脂を使用することが特に好ましい。
【０１２４】
この他、成形等によって、輪帯形状を有するレンズ基体１２を形成した後、エッチング、レーザ描画、電子線描画などを用いて輪帯に凹部１８を形成し、塗布、印刷等によりレンズ基体の材料を輪帯形状に付与することによって凸部１９を形成してもよい。また、光造形などによって、凹部１８および凸部１９を有する輪帯形状を備えたレンズ基体１２全体を成形してもよい。
【０１２５】
上述の方法によって輪帯に形成された凹部１８および凸部１９には、成形条件や切削に使用するバイト形状に起因するＲ形状が付与される場合があるが、撮影画像に対して画質劣化が生じない範囲内であれば特に問題はない。上述した方法によって、第１の実施形態の回折格子レンズを製造することができる。
【０１２６】
第２の実施形態の回折格子レンズを製造する場合には、上述した方法によって作製した回折格子レンズの回折格子１３を覆うように、光学調整層３１を形成する工程を実施する。
【０１２７】
第２の実施形態においても述べたように、第２の実施形態の回折格子レンズは、第１の実施形態に比べて相対的に長い回折段差長ｄを有する。このため、凹部１８および凸部１９の高さも大きくなり、成形または切削により形成することが容易となり、縞状フレア１７１の影響を効果的に抑制したレンズを効率的に生産することが可能となる。
【０１２８】
光学調整層３１を構成する材料としては、式（４）を満たす屈折率特性および十分な光線透過率を有し、輪帯と、輪帯に設けられる凹部および凸部とを空隙なく充填し、かつ、レンズ特性を損なわない表面形状を形成できるものであれば特に限定されない。例えば樹脂、ガラス、透明セラミック、樹脂中に無機粒子を分散させたコンポジット材料、有機成分と無機成分を複合させたハイブリッド材料等の材質を用いればよい。特に光学調整層３１の表面形状形成の容易性から、樹脂、コンポジット材料、ハイブリッド材料のいずれかを使用することが特に好ましい。
【０１２９】
光学調整層３１の形成方法には、光学調整層３１の構成材料や要求される表面形状精度等に応じて、成形や、スクリーン印刷、パッド印刷、インクジェット法等の塗布・印刷等の中から適宜選定することができる。複数の工程を組み合わせて光学調整層３１を形成してもよい。
【０１３０】
このようにして形成される第２の実施形態の回折格子レンズおよび第１の実施形態の回折格子レンズの表面に、必要に応じてさらにコーティング層を形成してもよい。コーティング層の例としては、反射防止層、ハードコート層、紫外線カット層や赤外線カット層等の波長選択層等が挙げられる。
【０１３１】
（実施例１）
本実施例では、図１に示す回折格子レンズ１１において、回折段差１７Ａを２ｎπの位置に設け、回折段差１７Ｂをベース形状からの位相差が（２ｎπ−２π×Ｓ）（Ｓ＝０．５）の位置に設けた。回折段差１７Ａおよび１７Ｂは交互に配置した。図１４は、回折段差１７Ｂをベース形状からの位相差が（２ｎπ−２π×Ｓ）（Ｓ＝０．５）の位置に設けた場合の回折格子の形状を模式的に示している。図１Ｂを参照して第１の実施形態で説明したように、回折段差１７Ｂを設ける位置を２ｎπから２π×Ｓ（Ｓ＝０．５）だけシフトさせた場合、輪帯１５Ａの設計段差長における先端２０Ａが位置する第１の面２２Ａと、輪帯１５Ｂの設計段差長における先端２０Ｂが位置する第２の面２２Ｂとの回折格子１３の光軸上における間隔Ｌはｄ×Ｓ（Ｓ＝０．５）となる。
【０１３２】
図１４では便宜上、輪帯ピッチを等ピッチで表示しているが、実際の回折格子レンズは式（１）のａ１以外の高次の項も用い回折格子を設計しており、図２（ｂ）に示すように回折段差のピッチは変化する。また図１４では、凹部１８および凸部１９の記載は省略した。回折次数は１次を用いた。
【０１３３】
図１５は実施例１の回折格子レンズの１つの輪帯を上から見た図である。絞りは回折格子面から離れた位置に設置してあり、回折格子面での有効エリアは、輪帯の一部分である。したがって、図１５においても有効エリア内の輪帯の一部分のみを示した。本実施例の回折格子レンズにおいては、輪帯１５Ａおよび１５Ｂの先端部に凹部１８、隣接する輪帯との境界部に凸部１９をそれぞれ設けた。下側に示すグラフは、式（３）にて決定される設計段差長ｄを１００％とした場合の、輪帯の高さ方向のプロファイルを示す。本実施例の回折格子レンズにおいて輪帯の最小幅Ｐは９μｍであり、そのうち凹部１８の幅Ａ、および凸部１９の幅Ｂはそれぞれ３μｍとした。
【０１３４】
本実施例の回折格子レンズを用いて、縞状フレア１７１の定量評価を実施した。回折格子レンズについては、ビスフェノールＡ系ポリカーボネート（ｄ線屈折率１．５８５、アッベ数２７．９）を用いて射出成形により作製し、同時に全ての輪帯１５Ａおよび１５Ｂに対して凹部１８および凸部１９を全周にわたって形成した。設計段差長ｄは１５μｍ、凹部１８および凸部１９の高さはそれぞれ１．５μｍとし、これらを覆うように、アクリレート系紫外線硬化樹脂中に酸化ジルコニウム粒子（平均粒径５ｎｍ）を分散させたコンポジット材料（ｄ線屈折率１．６２３、アッベ数４０）からなる光学調整層を形成した。暗室中に本実施例の回折格子レンズを用いたカメラを設置し、半画角６０度の方向にハロゲンランプを設置した。前記カメラを用いて撮影したハロゲンランプの画像から、周辺に発生する縞状フレア１７１の積算輝度を算出した。
【０１３５】
上記の評価より、本実施例の回折格子レンズを使用すると、後述する比較例１の回折格子レンズを使用した場合と比較して縞状フレア１７１の積算輝度が６３％低減されることを確認した。
【０１３６】
（実施例２）
本実施例では、図１６に示すようにベース形状からの位相差が（２ｎπ−２π×Ｓ）（Ｓ＝０．４）の位置において連続的に３つ回折段差を設け、２ｎπのところに連続的に３つ回折段差を設け、これらを交互に配置した。回折次数は１次を用いた。さらに図１４と同様に、輪帯１５Ａおよび１５Ｂの先端部に凹部１８、隣接する輪帯との境界部に凸部１９をそれぞれ設けた。
【０１３７】
本実施例の回折格子レンズを用いて、縞状フレア１７１の定量評価を実施した。回折格子レンズについては、実施例１と同様に作製した。本実施例の回折格子レンズを使用すると、後述する比較例１の回折格子レンズを使用した場合と比較して縞状フレア１７１の積算輝度が６３％低減されることを確認した。
【０１３８】
（比較例１）
図１７は比較例１の回折格子レンズの１つの輪帯を上から見た図である。絞りは回折格子面から離れた位置に設置してあり、回折格子面での有効エリアは輪帯の一部分である。したがって、図１７において有効エリア内の輪帯の一部分のみを示した。比較例１の回折輪帯は、ベースとなる形状は実施例１と共通であるが、凹部１８および凸部１９のいずれも形成されない。
【０１３９】
本比較例の回折格子レンズを用いて、実施例１と同様の方法により縞状フレア１７１の評価を実施したところ、本来のハロゲンランプ像の集光点に対して画像中央よりに、縞状フレア１７１が発生した。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明にかかる回折格子レンズおよびそれを用いた撮像装置は、縞状のフレア光を低減する機能を有し、高品質なカメラとして特に有用である。例えばデジタルカメラ、携帯機器搭載用カメラ、車載カメラ、監視カメラ、医療用カメラ、測距センサ、モーションセンサ等の用途に応用できる。
【符号の説明】
【０１４１】
１１、８１、８２、      回折格子レンズ
１２、９３、１５１      レンズ基体
１３、１５２            回折格子
１４、１５３            光軸
１５Ａ、１５Ｂ、１９１  輪帯
１６Ａ、１６Ｂ          輪帯表面
１７Ａ、１７Ｂ          回折段差
１８                    凹部
１９                    凸部
２０Ａ、２０Ｂ          回折段差の先端
２１Ａ、２１Ｂ          回折段差の根元
３１、１６１            光学調整層
９１                    撮像装置
９２                    レンズ
９４                    絞り
９５、１５４            撮像素子
１４１                  回折格子の段差高さ
１５５                  １次回折光
１５６                  不要次数回折光
１７１                  縞状フレア
１９２                  有効エリア
２０１                  波面の回り込み
【図１Ａ】
2012023274.tif 000018
【図１Ｂ】
2012023274.tif 000019
【図１Ｃ】
2012023274.tif 000020
【図２】
2012023274.tif 000021
【図３】
2012023274.tif 000022
【図４】
2012023274.tif 000023
【図５】
2012023274.tif 000024
【図６】
2012023274.tif 000025
【図７】
2012023274.tif 000026
【図８】
2012023274.tif 000027
【図９】
2012023274.tif 000028
【図１０】
2012023274.tif 000029
【図１１】
2012023274.tif 000030
【図１２】
2012023274.tif 000031
【図１３】
2012023274.tif 000032
【図１４】
2012023274.tif 000033
【図１５】
2012023274.tif 000034
【図１６】
2012023274.tif 000035
【図１７】
2012023274.tif 000036
【図１８】
2012023274.tif 000037
【図１９】
2012023274.tif 000038
【図２０】
2012023274.tif 000039
【図２１】
2012023274.tif 000040
【図２２】
2012023274.tif 000041
【図２３】
2012023274.tif 000042
【図２４】
2012023274.tif 000043
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月16日(2011.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記回折格子は空気と接し、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として、
【数１０】
2012023274.tif 000044
の関係を満たしており、
前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記複数の回折段差は、前記回折格子の外周端を除く位置において、複数の第１の回折段差および前記複数の第１の回折段差の少なくとも１つに隣接する少なくとも１つの第２の回折段差を含み、
前記複数の第１の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記回折格子の光軸方向に平行移動させた第１の面上に位置しており、前記少なくとも１つの第２の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記光軸方向に平行移動させた第２の面上に位置しており、
前記第１の面および前記第２の面は前記光軸上において、互いに異なる位置にある回折格子レンズ。
【請求項２】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子と、
前記回折格子を覆って前記レンズ基体に設けられた光学調整層と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記光学調整層は、前記使用波長λにおいて、屈折率ｎ2（λ）を有する第２の材料からなり、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として
【数１１】
2012023274.tif 000045
の関係を満たしており、
前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方一方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記複数の回折段差は、前記回折格子の外周端を除く位置において、複数の第１の回折段差および前記複数の第１の回折段差の少なくとも１つに隣接する少なくとも１つの第２の回折段差を含み、
前記複数の第１の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記回折格子の光軸方向に平行移動させた第１の面上に位置しており、前記少なくとも１つの第２の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記光軸方向に平行移動させた第２の面上に位置しており、
前記第１の面および前記第２の面は前記光軸上において、互いに異なる位置にある回折格子レンズ。
【請求項３】
前記複数の回折段差は、複数の第２の回折段差を含み、
各第１の回折段差および各第２の回折段差は交互に配置されている請求項１または２に記載の回折格子レンズ。
【請求項４】
前記第１の面と前記第２の面と前記光軸上における間隔Ｌは、下記式を満たす請求項１から３のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【数１２】
2012023274.tif 000046
【請求項５】
前記第１の面と前記第２の面と前記光軸上における間隔Ｌは、下記式を満たす請求項４に記載の回折格子レンズ。
【数１３】
2012023274.tif 000047
【請求項６】
前記第１の面と前記第２の面と前記光軸上における間隔Ｌは、Ｌ＝０．５ｄを満たす請求項５に記載の回折格子レンズ。
【請求項７】
前記複数の回折段差は、複数の第２の回折段差を含み、
前記複数の第１の回折段差および前記複数の第２の回折段差は、それぞれ、ｉ個（ｉは２以上の整数）およびｊ個（ｊは２以上の整数）ずつ連続的に配置され、かつ、ｉ個の前記第１の回折段差およびｊ個の前記第２の回折段差が交互に配置されている請求項１または２に記載の回折格子レンズ。
【請求項８】
前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、前記少なくとも１つの輪帯の略全周にわたって設けられている請求項１から７のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項９】
前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅は、前記少なくとも１つの輪帯の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅の５％以上２５％以下の範囲にある請求項１から８のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１０】
前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸方向における高さは、記回折段差の設計段差長ｄの３％以上２０％以下の範囲にある請求項１から９のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１１】
前記複数輪帯において、前記凸部および前記凹部が設けられている請求項１から１０のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１２】
前記複数輪帯のうち、前記回折格子の外周近傍の少なくとも２つ以上において、前記凸部および前記凹部が設けられている請求項１から１１のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１３】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記回折格子は空気と接し、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として、
【数１４】
2012023274.tif 000048
の関係を満たしており、
前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記複数の輪帯は、互いに隣接する第１、第２および第３の輪帯を含み、前記第２の輪帯は前記第１および第３の輪帯に挟まれており、前記第１の輪帯および第３の輪帯の幅は略同一であり、前記第２の輪帯の幅は前記第１の輪帯の幅よりも狭い回折格子レンズ。
【請求項１４】
前記使用波長λは可視光域の波長であり、可視光域の全域の波長に対してλが不等式を満足する請求項１から１３のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の回折格子レンズと、
撮像素子と
を備えた撮像装置。                                                                        
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月28日(2012.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記回折格子は空気と接し、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として、
【数１０】
2012023274.tif 000049
の関係を満たしており、
前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記複数の回折段差は、前記回折格子の外周端を除く位置において、複数の第１の回折段差および前記複数の第１の回折段差の少なくとも１つに隣接する少なくとも１つの第２の回折段差を含み、
前記複数の第１の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記回折格子の光軸方向に平行移動させた第１の面上に位置しており、前記少なくとも１つの第２の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記光軸方向に平行移動させた第２の面上に位置しており、
前記第１の面および前記第２の面は前記光軸上において、互いに異なる位置にある回折格子レンズ。
【請求項２】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子と、
前記回折格子を覆って前記レンズ基体に設けられた光学調整層と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記光学調整層は、前記使用波長λにおいて、屈折率ｎ2（λ）を有する第２の材料からなり、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として
【数１１】
2012023274.tif 000050
の関係を満たしており、
前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方一方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記複数の回折段差は、前記回折格子の外周端を除く位置において、複数の第１の回折段差および前記複数の第１の回折段差の少なくとも１つに隣接する少なくとも１つの第２の回折段差を含み、
前記複数の第１の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記回折格子の光軸方向に平行移動させた第１の面上に位置しており、前記少なくとも１つの第２の回折段差の前記設計段差長における先端は、前記ベース形状を前記光軸方向に平行移動させた第２の面上に位置しており、
前記第１の面および前記第２の面は前記光軸上において、互いに異なる位置にある回折格子レンズ。
【請求項３】
前記複数の回折段差は、複数の第２の回折段差を含み、
各第１の回折段差および各第２の回折段差は交互に配置されている請求項１または２に記載の回折格子レンズ。
【請求項４】
前記第１の面と前記第２の面と前記光軸上における間隔Ｌは、下記式を満たす請求項１から３のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【数１２】
2012023274.tif 000051
【請求項５】
前記第１の面と前記第２の面と前記光軸上における間隔Ｌは、下記式を満たす請求項４に記載の回折格子レンズ。
【数１３】
2012023274.tif 000052
【請求項６】
前記第１の面と前記第２の面と前記光軸上における間隔Ｌは、Ｌ＝０．５ｄを満たす請求項５に記載の回折格子レンズ。
【請求項７】
前記複数の回折段差は、複数の第２の回折段差を含み、
前記複数の第１の回折段差および前記複数の第２の回折段差は、それぞれ、ｉ個（ｉは２以上の整数）およびｊ個（ｊは２以上の整数）ずつ連続的に配置され、かつ、ｉ個の前記第１の回折段差およびｊ個の前記第２の回折段差が交互に配置されている請求項１または２に記載の回折格子レンズ。
【請求項８】
前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、前記少なくとも１つの輪帯の略全周にわたって設けられている請求項１から７のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項９】
前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅は、前記少なくとも１つの輪帯の前記回折格子の光軸を含む平面上であって前記光軸と垂直な方向における幅の５％以上２５％以下の範囲にある請求項１から８のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１０】
前記凸部および前記凹部の前記回折格子の光軸方向における高さは、記回折段差の設計段差長ｄの３％以上２０％以下の範囲にある請求項１から９のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１１】
前記複数輪帯において、前記凸部および前記凹部が設けられている請求項１から１０のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１２】
前記複数輪帯のうち、前記回折格子の外周近傍の少なくとも２つ以上において、前記凸部および前記凹部が設けられている請求項１から１１のいずれかに記載の回折格子レンズ。
【請求項１３】
レンズ基体と、
前記レンズ基体の表面に設けられており、ベース形状を基準とする複数の回折段差と、前記複数の回折段差のうち隣接する一対にそれぞれ挟まれた複数の同心円状の輪帯とを含む回折格子と
を備えた回折格子レンズであって、
前記レンズ基体は、使用波長λにおいて屈折率ｎ1（λ）を有する第１の材料からなり、
前記回折格子は空気と接し、
前記回折段差の設計段差長をｄとし、ｍを回折次数として、
【数１４】
2012023274.tif 000053
の関係を満たしており、
前記複数輪帯のそれぞれは、半径方向において、中央部および前記中央部を挟む一対の端部とを含み、前記複数輪帯のうちの少なくとも１つにおいて、前記一対の端部の一方の少なくとも一部に凹部および凸部の一方が設けられ、前記一対の端部の他方の少なくとも一部に前記凹部および前記凸部の他方が設けられており、
前記複数の輪帯は、互いに隣接する第１、第２および第３の輪帯を含み、前記第２の輪帯は前記第１および第３の輪帯に挟まれており、前記第１の輪帯および第３の輪帯の幅は略同一であり、前記第２の輪帯の幅は前記第１の輪帯の幅よりも狭い回折格子レンズ。
【請求項１４】
前記使用波長λは可視光域の波長であり、可視光域の全域の波長に対してλが不等式を満足する請求項２に記載の回折格子レンズ。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の回折格子レンズと、
撮像素子と
を備えた撮像装置。
【国際調査報告】
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